无料钟高炉炉顶均压放散系统设计与思考

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当然,图 1-4 中的设计也有其明显的优点:一是 为防止二次均压过程中充入的氮气压力过大导致料 罐内压力过高,特在料罐连通的管路上增设一台安 全阀,保证罐内压力的稳定;二是为保障在检修、维 护过程中工作人员的安全,特增设一路氮气吹扫管 道,对均压阀、均压放散阀管路进行吹扫。这些措施 和技术的应用,很大程度上体现了炉顶均压放散系 统的完善性、安全性和可靠性。 2 炉顶均压煤气回收工艺技术的思考
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净煤气
5 紧急放散

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氮气 1-3 大中型高炉炉顶均压放散流程图
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山西冶金 E-mail:sxyjbjb@126.com
第 38 卷

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紧 急 放 散

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6 净煤气




排压 均压
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排压
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均压
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散管道存在一定的空间角度,因此,在正常生产过程 中为减小管道震动和加强料罐称量的准确性,在该 管道上设置了角向补偿器,保证了均压放散系统的 稳定性和可靠性。此外,在一次均压净煤气总管上还 设有一段煤气缓冲管道,并在其上设置了一台小阀 门,便于下方阀门检修时管道内煤气的放散。这种形 式一般中型高炉应用的比较多[2],且对炉顶平台的 布置也没有特殊要求。
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山西冶金 E-mail:sxyjbjb@126.com
第 38 卷
余煤气强制引出,尽量减少均压放散煤气的外排,同 时,煤气加压机的开启,加速了均压放散煤气的放散 过程,缩短放散时间。 3.3 回收煤气灰的处理
经旋风除尘器一级除尘后大颗粒的煤气灰随着下 一次均压煤气进入料罐内,然后随炉料进入高炉;经布 袋二次除尘后的微小颗粒煤气灰则储存于储灰罐中, 定期通过气力输送将其送入料罐随炉料进入高炉中, 减少了煤气灰的外排,解决了煤气灰的排放问题。
从图 1-2 可以看出,优化设计后,将荒煤气改为 净煤气,同时将放散阀由共用一根放散管设计成两 路独立的放散管,互不影响,保证了备用放散阀的可 靠性,均压阀也同样如此。实践证明,在实际生产中,
收稿日期:2015-03-06 作者简介:周飞(1981—),男,硕士研究生,主要从事炼铁工程 设计工作,工程师。E-mail:feitian20012@163.com
目前,已提出的几种均压煤气回收技术如引射 法、气体置换法[6]、湿法煤气清洗和干法布袋除尘[5] 等,也都停留在理论探讨阶段,还未有文献表明其实 际应用情况如何,主要的问题也比较明显。 2.2.1 均压放散煤气时间延长
高炉上料有着比较严格的时序控制,一旦其中某 一个环节出现滞后现象,将会给高炉上料带来一定的 影响。均压煤气的回收从理论上讲会使料罐内压力的 释放时间延长,这就使得高炉上料周期相应延长,至于 时间延长多少,目前还未有比较确切的实践数据,但文 献[5]中给出了理论的上料周期增加 5 ̄7 s 的时间。如 果设备装料富裕能力充足,则满足高炉的正常生产。 2.2.2 氮气耗量大
此外,在实际操作中,因均压放散的煤气存在一 定的温度,经布袋除尘后,煤气灰的温度约为 80 ̄100 ℃,在布袋的灰斗下贮存一段时间后,温度会有所下 降,同时煤气灰中还会残留一定的水分,长时间的储 存,会导致煤气灰结块,不利于输灰系统运行。因此, 在实际操作过程中,可以对布袋灰斗进行保温或伴 热,并在布袋灰斗上设置温度计,监控布袋灰斗内的 温度,保证煤气灰处于粉体状态,便于气力输送。
15—手动阀;16—旋风除尘器;17—安全阀
图 1 不同级别高炉炉顶均压放散系统流程图
也避免了因均压问题带来的上料不顺。此外采用净 煤气均压后,由于净煤气的压力低于荒煤气的压力, 炉顶料罐均压时会出现压力偏低和均压时间过长的 情况,料罐压力与炉顶压力压差过大,导致下料闸不 易开启,从而影响了高炉上料。因此,增设了氮气二 次均压,即采用高压氮气将料罐中的压力提高至接 近炉顶压力,从而保证下料闸的顺利开启。
总第 154 期 2015 年第2 期
生 产 实 践·应 用 技 术
山西冶金 SHANXI METALLURGY
Total 154 No.2,2015
DOI:10.16525/ j.cnki.cn14-1167/ tf.2015.02.25
无料钟高炉炉顶均压放散系统设计与思考
周飞
(中冶华天工程技术有限公司炼铁事业部, 江苏 南京 210019)
二次均压阀一般也为液动阀门,并入炉顶液压 系统,设计两台,互为备用。部分钢铁厂因操作习惯 不一样,要求将二次均压阀设计成气动形式,同样能 够满足工艺生产要求。二次均压气源为氮气,压力一 般为 0.4 ̄0.6 MPa。 1.2 大中型高炉均压放散系统
从大中型高炉均压系统来看,存在两种形式。一 种是类似图 1-3 的完全意义上独立的均压与均压放 散备用回路系统,这种均压放散系统在设计时完全 考虑了两条独立的管路,互不影响,互为备用。同时, 在图 1-2 的基础上,增设了消音器减小放散噪音,是 设计上的优化和改进。此外,由于接入料罐的均压放
根据现有工艺的特点提出一种新的均压放散煤 气回收工艺,其工艺流程如图 2 所示。其主要特点是 采用两级除尘来净化均压放散煤气,使之达到并入 煤气管网的要求,同时针对放散后期残余煤气的问

净 煤
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排压 均压

8 10


9 均压

排压 2
氮气

1—料罐;2—均压阀;3—排压阀;4—旋风除尘器; 5—脉冲袋式收尘器;6—煤气加压装置;7—止回阀;
为减小回收煤气对管网煤气压力的冲击,回收 煤气在管网的接入点宜远离高炉煤气的用户点。回 收煤气对管网压力的冲击主要体现在煤气回收的开 始阶段,主要是因为料罐内煤气的放散是从高压状 态逐渐向低压转变的过程,当料罐内的煤气压力与 煤气管网压力相近时(10 ̄15 kPa),进入放散后期, 开启煤气加压装置,将料罐内和两级除尘器内的残
无料钟炉顶是高炉炼铁技术发展到现代化的主 要特点之一,其操作简单、布料灵活、维修方便、密封 性能好[1]且能满足现代化高炉的高压操作,从而得 到广泛应用。目前,在使用的无料钟炉顶技术有串罐 式、并罐式和三罐式三种形式。 1 炉顶均压放散系统的几种形式 1.1 中小型高炉均压放散系统
中小型高炉均压放散系统在最初的设计中,一 般是不设二次均压的,且一次均压采用的是荒煤气。 这主要是荒煤气压力损失小,更接近炉顶压力,有利 于料罐的均压,但其最大的缺点是荒煤气中粉尘浓 度高,对阀门和管道的磨损比较厉害,导致设备检修 率比较高,影响高炉的正常生产。图 1-1 为小型炉顶 均压放散系统的流程图。这种均压放散系统的主要 特点是备用均压阀和均压放散阀处于并列管路上, 共用进出口管道,节省了管道材料,但也存在明显的 缺点,就是在维护或检修其中一台均压阀或均压放 散阀而开启备用阀门时,在备用阀门上方的管道中 沉积的荒煤气粉尘会导致备用均压阀上方的手(液) 动阀和均压放散阀很难及时开启,对正常生产会带 来一定影响。为此,在随后的设计中对其进行了优化 改进,保证备用阀门能够快速投入到正常生产中。优 化设计后的流程见图 1-2 所示。
另一种方式是应用在大型和特大型高炉上的, 采用旋风除尘器技术,减少均压放散气体中粉尘的 排放,其流程图如图 1-4 所示。这种均压放散系统采 用的也是两级均压模式,均压放散的气体则经旋风 除尘器后被排入大气,增设的旋风除尘器虽然减少 了粉尘排放,但是排入大气中的煤气仍然对环境有 一定的污染,未能从根本上解决排放问题。这种方式 的均压放散系统存在一个缺陷,即两台均压阀起不 到互为备用的作用。由图 1-4 可知,当位于旋风除尘 器上方的均压阀出现故障检修时,就无法使用净煤 气进行一次均压,只能采用氮气进行均压;当位于旋 风除尘器下方的均压阀出现故障检修时,则一、二次 均压均无法使用,这必将影响高炉的正常上料,文献 [3]中也存在类似情况。要解决此类无法互为备用的 问题,只需在旋风除尘器下方的均压阀前后增设一 台阀门即可,可以是手动,也可是液动,当该均压阀 出现问题需要检修时,关闭均压阀前后的阀门,临时 采用氮气进行均压,不会影响高炉的上料,从而保证 高炉的正常生产。
备用均压阀和均压放散阀的快速投入使用,给高炉 正常生产带来了便利,减少了阀门的维修频率,同时
荒煤气
净煤气
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66 55
3 66 55

88
66 55
4 55 77
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氮气 1-1 小型炉顶均压放散系统流程图 1-2 中型高炉炉顶均压放散流程图
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排压

均压 9 11
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1 氮气
1-4 大型与特大型高炉炉顶均压放散系统流程图
1—料罐;2—上密封阀;3—上料闸(挡料闸);4—受料斗(罐); 5—手(液)动阀;6—波纹补偿器;7—均压阀;8—均压放散阀;
9—手动闸阀;10—液(气)动球阀;11—止回阀; 12—角向补偿器;13—消音器;14—煤气缓冲管;
摘 要:阐述了高炉无料钟炉顶均压放散系统几种设计方式的优缺点,分析了目前均压放散煤气回收利用技术
的可行性及优缺点,并提出了一种新的炉顶均压放散煤气回收工艺。
关键词:无料钟炉顶 均压 均压放散 煤气回收
中图分类号:TF572;X757
文献标志码:A
文章编号:1672-1152(2015)02-0069-04
文献[6]中的引射法、气体置换法的主要气源是 高压氮气,由此可知,这两种回收方法的实施必然要 消耗大量的氮气作为引射气源或置换气源,增加了 实际运行成本,一般企业是难以接受的。 2.2.3 回收均压煤气压力不稳定
料罐内均压放散的煤气是一个从高压逐渐向低 压转变的变化过程。因此,回收的煤气直接进入煤气 管网,特别是在放散开始阶段会对管网煤气压力造 成一定波动,这样就会影响管网上接入点附近其它 用户点煤气的使用,对生产造成一定的影响。因此, 在管网的接入点选择要远离高炉煤气用户点。 3 炉顶均压煤气回收新工艺的探讨
8—储灰罐;9—卸灰阀;10—二次均压阀
图 2 新型炉顶均压煤气回收工艺流程图
题,增设了煤气加压机,强制将料罐内的残余煤气压 入煤气管网,尽量减少残余煤气排放,达到减排目 的。此外,两次除尘收集的煤气灰最终会随炉料进入 高炉内,实现除尘产物的零排放。 3.1 回收煤气的洁净度问题
近十年来,煤气干法布袋技术在高炉上的成功 应用使得对高炉煤气的处理更简化,同传统湿法工 艺相比,煤气的质量也得到了很大提高,同时节省了 大量的水资源。从这方面考虑,结合高炉均压煤气放 散的工艺布置特点,采用两级除尘工艺(见图 2),即 均压放散的煤气首先经过旋风除尘器,除去大颗粒 粉尘,再经过布袋二次除尘,除去细小微粒粉尘,使 回收的均压放散煤气的洁净度得到了保证。 3.2 回收煤气压力与放散时间问题
周飞:无料钟高炉炉顶均压放散系统设计与思考
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环保的要求日益严格,高炉炉顶均压煤气回收技术 也重新被提及,并将在不久的将来应用到新建和现 有高炉上。 2.1 炉顶均压煤气回收的意义
毫无疑问,炉顶均压煤气的回收无论是从环境 保护角度还是从经济效益角度,都具有十分重要的 意义。文献[5]中分析了炉顶均压煤气回收技术的 应用(以一座 4 000 m3 高炉为例),可使粉尘(主要 是煤气灰)年减排量为 378 t,高炉煤气年减排量为 3 780×104 m(3 折算成碳排量为 3 874.5 t),每年可 创经济效益为 461.2 万元。可见,炉顶均压煤气回收 技术的应用必然会带来可观的经济和社会效应。 2.2 现有炉顶均压放散煤气回收技术的问题
4 结语
高炉炉顶均压放散煤气回收工艺的提出,很好地
解决了煤气回收问题和放散煤气灰的处理问题,基本
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上实现了炉顶均压放散系统的零排放,达到减排目的。
参考文献
[1] 王俊,杨显兰,易春生.高炉无料钟炉顶装料布料装置设计特点
日本于上世纪 80 年代率先采用了炉顶均压煤 气回收技术,如君津 3 号、4 号高炉,千叶 5 号、6 号 高炉等[4]。我国虽然在随后的设计和生产中考虑过 这种技术,但由于回收煤气中粉尘及压力的不稳定 对煤气管网有较大的影响,终究未能付诸于实际。随 着高炉炼铁技术及自动化控制水平的提高,社会对
2015 年第 2 期
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